熱、溫度與熱能
比熱
比熱回答一個實用的問題:把某種物質加熱需要多少能量?有些東西只要一點能量就會很快變熱,例如放在陽光下的金屬湯匙;而像水這樣的東西,卻要吸收大量能量,溫度才升高一點點。比熱就是刻畫這種差異的數字。
它定義為把一公斤物質的溫度升高一克耳文(或一攝氏度,因為兩者間隔相同)所需的熱量。寫作 c = Q / (m ΔT),或整理成最常用的公式 Q = m c ΔT,其國際單位是焦耳每公斤每克耳文,J/(kg K)。水的比熱異常地高,約 4186 J/(kg K),而鐵之類的金屬約為 450、銅約為 385。
水的高比熱影響深遠:它讓海洋能儲存龐大的能量、調節沿海地區的氣候,也使水成為引擎與散熱器中極佳的冷卻劑。不要把比熱(每單位質量)與熱容量(整個物體)或莫耳熱容量(每莫耳粒子)搞混——它們衡量的是同一個概念,只是所取的物質量不同。
把 1 kg 的水升高 50°C 需要 Q = m c ΔT = 1 × 4186 × 50 ≈ 209000 焦耳,而把 1 kg 的鐵同樣升高 50°C 卻只需約 1 × 450 × 50 = 22500 焦耳——大約少了九倍。
同樣的升溫,水要花的能量遠比鐵多,因為水的比熱高得多。
比熱是「每單位質量」的量——要與熱容量(整個物體)和莫耳熱容量(每莫耳)區分開來;水的比熱特別高,正是它升溫、降溫都很慢的原因。
又称
另见